DE4402500C2

DE4402500C2 - Casting mold

Info

Publication number: DE4402500C2
Application number: DE19944402500
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Ing Juergens; Erwin Dipl Ing Gerbig; Peter Dipl Ing Meinert; Burkhard Dipl Ing Andre; Paul-G Dipl Ing Bobbert; Eberhard Dr Ing Sowka
Original assignee: AEG Elotherm GmbH; Thyssen Stahl AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG; SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2014-01-29
Also published as: EP0665073A3; EP0665073A2; CA2141261A1; DE4402500A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießkokille für Metallschmelzen, die aus elektrisch leitfähigen, die Metallschmelze umschließenden Wandelementen gebildet ist.The invention relates to a casting mold for molten metal, which consists of electrically conductive, the wall elements surrounding the molten metal is formed.

Derartige Gießkokillen werden beispielsweise beim Stranggießen von Stahl verwendet. In der Kokille erstarrt die Schmelze, während gleichzeitig der erstarrte Stahl fortlaufend aus der Kokille abgezogen wird. Die Gefügebildung während des Erstarrens kann dabei dadurch positiv beeinflußt werden, daß die Schmelze einem induktiven Rührvorgang unterworfen wird. Zu diesem Zweck wird die Schmelze einem zeitlich und räumlich sich ändernden magnetischen Feld ausgesetzt, durch das ein magnetisches Drehfeld in der Schmelze erzeugt wird. Dieses übt auf die Schmelze ein Drehmoment aus, durch das die Schmelze "gerührt" wird.Such casting molds are used for example in the continuous casting of steel. In the mold solidifies the melt, while the solidified steel continuously runs out the mold is pulled off. The microstructure during solidification can are positively influenced by the fact that the melt is an inductive stirring process is subjected. For this purpose, the melt becomes one in time and space exposed to changing magnetic field, through which a rotating magnetic field in the Melt is generated. This exerts a torque on the melt, through which the Melt is "stirred".

Die Arbeitsweise solcher induktiver Rührer ist vergleichbar mit der Arbeitsweise eines Asynchronmotors. Die das erzeugte Drehmoment bestimmenden, nach dem Induktionsgesetz transformatorisch übertragenen miteinander verketteten Größen (magnetisches Feld und elektrischer Strom), werden dabei berührungslos über ein magnetisches Drehfeld durch die die Schmelze umgebenden Kokille auf das flüssige Metall übertragen.The way such inductive stirrers work is comparable to the way one works Asynchronous motor. The determining the torque generated, after the Induction law of transformer-transmitted quantities linked together (magnetic field and electric current) are made contactless via a magnetic rotating field through the mold surrounding the melt onto the liquid metal transfer.

Ein Problem beim induktiven Rühren besteht darin, daß das von der Rührvorrichtung erzeugte magnetische Drehfeld nicht allein auf die Schmelze sondern auch auf alle anderen Metallteile wirkt, die in seinem Wirkungsbereich angeordnet sind. Dies hat zur Folge, daß zunächst nur die die Schmelze umgebende Kokille der vollen Wirkung der magnetischen Induktion ausgesetzt ist. Da diese Kokille aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit einen geschlossenen Leiterkreis bildet, fließt in der Kokille, sobald diese einem magnetischen Drehfeld ausgesetzt ist, ein Induktionsstrom, durch den wiederum ein Magnetfeld entsteht. A problem with inductive stirring is that of the stirring device generated magnetic rotating field not only on the melt but also on everyone else Metal parts that are arranged in its area of effect. This has the consequence that initially only the mold surrounding the melt with the full effect of the magnetic Is exposed to induction. Because this mold has one due to its electrical conductivity forms a closed circuit, flows in the mold as soon as it is magnetic Rotary field is exposed, an induction current, which in turn creates a magnetic field.

Dieses zweite dem von der Rührvorrichtung erzeugten Primärmagnetfeld entgegen gerichtete Gegenmagnetfeld hebt die Wirkung des Primärfeldes teilweise auf, so daß letztlich in der Metallschmelze nur noch ein Bruchteil der ursprünglich erzeugten magnetischen Induktion wirkt. Die die Schmelze umgebende Gußform schirmt somit die Schmelze gegen die gewünschte Wirkung des von der Vorrichtung erzeugten magnetischen Feldes ab. Besonders stark ist die abschirmende Wirkung der Kokille beim Rühren von Stahlschmelze während des Stranggießens von Stahl, da die beim Stranggießen verwendete, in der Regel aus Kupfer bestehende Kokille eine besonders große Leitfähigkeit aufweist.This second counteracts the primary magnetic field generated by the stirring device directional counter magnetic field partially cancels the effect of the primary field, so that ultimately only a fraction of the originally produced in the molten metal magnetic induction acts. The mold surrounding the melt thus shields the Melt against the desired effect of the magnetic generated by the device Field. The shielding effect of the mold is particularly strong when stirring Melting steel during the continuous casting of steel, since that during the continuous casting used, usually made of copper mold, a particularly high conductivity having.

Es ist bekannt, daß die abschirmende Wirkung der Kokille im wesentlichen von der Frequenz des Drehfeldes, der Geometrie der Kokille und der elektrischen Leitfähigkeit des Kokillenmaterials abhängt. Da die zwei letztgenannten Größen in der Regel fest vorgegeben sind, wird in der Praxis versucht, durch eine Senkung der Frequenz des magnetischen Drehfeldes dessen Eindringtiefe zu vergrößern und damit den Abschirmeffekt der Kokille zu mindern. Der Nachteil dieser Maßnahme besteht jedoch darin, daß durch die Verringerung der Frequenz des Drehfeldes auch die gewünschte Bewegung in der Schmelze vermindert wird. Dies hat z. B. eine Verminderung der Qualitätsverbesserung des entsprechend behandelten Stahls zur Folge. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Stärke des magnetischen Feldes zu erhöhen. Dies bringt jedoch einen hohen Energieaufwand und damit einhergehende hohe Betriebskosten mit sich.It is known that the shielding effect of the mold essentially depends on the Frequency of the rotating field, the geometry of the mold and the electrical conductivity of the Mold material depends. Because the latter two sizes are usually fixed are tried in practice, by lowering the frequency of the magnetic rotating field to increase its penetration depth and thus the shielding effect diminish the mold. The disadvantage of this measure, however, is that reducing the frequency of the rotating field also the desired movement in the Melt is reduced. This has e.g. B. a reduction in the quality improvement of accordingly treated steel. Another option is to use the Increase the strength of the magnetic field. However, this brings a high Energy expenditure and the associated high operating costs.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kokille zu schaffen, die bei geringerem Energieaufwand ein wirkungsvolles induktives Rühren der Metallschmelze erlaubt.The object of the invention is to provide a mold that is less Energy expenditure allows effective inductive stirring of the molten metal.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Wandelement der Kokille gegenüber den ihm benachbarten Wandelementen elektrisch isoliert ist. Auf diese Weise stellt die die Schmelze umgebende Kokille keinen geschlossenen Leiter mehr dar, so daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Kokille kein Induktionsstrom mehr fließt. Dies hat eine gegenüber dem bekannten Stand der Technik starke Reduzierung des in der Kokille erzeugten magnetischen Gegenfeldes zur Folge, so daß bei Verwendung der erfindungsgemäßen Kokille in einer induktiven Rührvorrichtung das von dieser erzeugte Primärmagnetfeld bis auf geringe Verluste mit seiner vollen Leistung unmittelbar auf die Schmelze einwirkt. This object is achieved in that each wall element of the mold is electrically insulated from the neighboring wall elements. In this way the mold surrounding the melt is no longer a closed conductor, so that in the device according to the invention, no more induction current flows in the mold. This has a strong reduction in that compared to the known prior art Magnetic generated opposing field result, so that when using the mold according to the invention in an inductive stirring device that produced by this Primary magnetic field except for small losses with its full power directly on the Acts on the melt.

Da die Kokille nahezu keinen Einfluß mehr die Wirkung des Primärmagnetfeldes hat, kann ohne die Gefahr zusätzlicher Verluste die Frequenz und damit die Umlaufgeschwindigkeit des von der Rührvorrichtung erzeugten Drehfeldes erhöht werden. Hierdurch wird die Wirksamkeit des induktiven Rührens erhöht.Since the mold has almost no influence on the effect of the primary magnetic field without the risk of additional losses the frequency and thus the speed of circulation of the rotating field generated by the stirring device. This will make the Effectiveness of inductive stirring increased.

Darüber hinaus ist der Energiebedarf einer mit der erfindungsgemäßen Gießkokille ausgestatteten Rührvorrichtung aufgrund der verminderten Verluste gegenüber den herkömmlich ausgestatteten Vorrichtungen verringert. Auf diese Weise können bei unveränderter Geometrie der Gießkokille zur Versorgung der Vorrichtung, die in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Form betrieben wird, leistungsschwächere und somit kostengünstige Transformatoren und Frequenz-Umrichter eingesetzt werden. Genauso können die Querschnitte der eingesetzten Kabel aufgrund der geringen benötigten elektrischen Leistung verringert werden, was zu vermindertem Materialbedarf und damit zu einer Kostenersparnis führt. Die mit einer Verminderung der erforderlichen elektrischen Leistung einhergehende Verringerung der Leistungsdichte in der Rührspule der Rührvorrichtung hat zudem positive Auswirkungen auf deren Lebensdauer.In addition, the energy requirement is one with the casting mold according to the invention equipped stirring device due to the reduced losses compared to conventionally equipped devices reduced. This way, at unchanged geometry of the casting mold to supply the device, which in connection is operated with the mold according to the invention, less powerful and therefore inexpensive transformers and frequency converters can be used. Likewise, the cross-sections of the cables used can be due to the low required electrical power can be reduced, resulting in reduced material requirements and thus leads to cost savings. The one with a reduction in the required electrical Performance-related reduction in the power density in the stirring coil Stirring devices also have a positive impact on their service life.

Bei unveränderter Leistung der Rührvorrichtung können dagegen aufgrund der geringen Abschirmwirkung der Gießkokille ihre Wandstärken vergrößert werden. Das führt zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Gießkokille.With unchanged performance of the stirring device, however, due to the low Shielding effect of the casting mold its wall thicknesses are increased. That leads to one Extension of the life of the casting mold.

Schließlich ist es bei einem induktiven Rührer, der zusammen mit der erfindungsgemäßen Gießkokille betrieben wird, nicht mehr erforderlich, den Rührstrom an den Verschleißzustand der Wandelemente anzupassen. Die Wandstärke der Wandelemente der Kokille hat nämlich dann nahezu keinen Einfluß auf deren Abschirmwirkung mehr. Fehler, die beim bekannten Stand der Technik durch ein verspätetes Nachregeln des von dem Rührer erzeugten Magnetfeldes verursacht werden, können auf diese Weise vermieden werden. Dies bringt erhebliche Vorteile bei der Sicherung einer gleichbleibenden guten Qualität der bearbeiteten Schmelze mit sich.Finally, it is with an inductive stirrer, which together with the invention Casting mold is operated, no longer required, the stirring current to the Adjust the state of wear of the wall elements. The wall thickness of the wall elements of the In this case, mold has almost no influence on its shielding effect. Error, which in the known state of the art by a late readjustment of the Stirrer generated magnetic field can be avoided in this way become. This brings significant benefits in securing a consistent good Quality of the processed melt with it.

Die erfindungsgemäße Kokille ist vor allem als Stranggießkokille geeignet. The mold according to the invention is particularly suitable as a continuous casting mold.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert.In the following, the invention is based on an exemplary embodiment Drawing explained in more detail.

Die Figur zeigt in perspektivischer Ansicht eine wassergekühlte Gießkokille 1, für das Stranggießen von Stahl. Sie ist dabei von dem Rührer umschlossen, der ein auf die Schmelze einwirkendes elektromagnetisches Feld erzeugt. Die Gießkokille ist aus vier formschlüssig zusammengesetzten, plattenförmigen Wandelementen 2 gebildet, welche die in die Kokille eingegossene Stahlschmelze umschließen. Die Wandelemente 2, 3 sind durch Isolierpapier 4, das in die Fugen 5 zwischen den Wandelementen 2 eingelegt ist, gegeneinander elektrisch isoliert. Auf diese Weise wird das Entstehen eines ein Gegenfeld zu dem von dem Rührer erzeugten Primärmagnetfeld verhindert. Das Primärmagnetfeld kann so mit nahezu voller Stärke während des Erstarrens auf die Schmelze einwirken.The figure shows a perspective view of a water-cooled casting mold 1 , for the continuous casting of steel. It is enclosed by the stirrer, which generates an electromagnetic field acting on the melt. The casting mold is formed from four form-fitting, plate-shaped wall elements 2 , which enclose the molten steel poured into the mold. The wall elements 2, 3 are electrically insulated from one another by insulating paper 4 which is inserted into the joints 5 between the wall elements 2 . In this way, an opposing field to the primary magnetic field generated by the stirrer is prevented. The primary magnetic field can thus act on the melt with almost full strength during solidification.

Claims

1. Mold for a molten metal, which is formed from electrically conductive, the metal melt surrounding wall elements ( 2 , 3 ), characterized in that each wall element ( 2 ) is electrically insulated from the adjacent wall elements ( 3 ).

2. Mold according to claim 1, characterized in that the insulation between the wall elements ( 2 , 3 ) is formed by insulating paper ( 4 ) placed between the wall elements ( 2 , 3 ).

3. Use of the mold according to claim 1 or 2 as Continuous casting mold in connection with electromagnetic stirring when continuously casting steel.